光质对烤烟品质及光合色素含量的影响

过伟民,张艳玲,蔡宪杰,王建伟,王维超,曹晓涛,杨旭霞,李淑霞,尹启生＊

1.中国烟草总公司郑州烟草研究院,郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

2.许昌市烟草公司襄城县分公司,河南省许昌市襄城县城关镇 461700

光质是指太阳辐射成分及其各波段所含能量,其特征光谱包括紫外线、可见光和红外线等[1]。光是影响烤烟生长发育的最重要环境因子之一,它不仅是光合作用的能量来源,同时也是调节光形态建成、光周期反应以及内在生物钟节律性等植物重要生命活动的信号[2]。近年来,随着空气污染、平流层臭氧减薄等环境变化,光质对植物形态建成和产量品质的影响问题已成为研究的热点之一。有研究表明,光质对植物的生长发育[3-5]、光合特性[6-7]、产量品质、抗逆和衰老[8-10]等方面均有较大影响。目前有关光质对烟草生长发育及品质方面的研究多集中在光强因子方面[11-13],而对光质的研究仅为单色光[14-15],有研究[16-17]推断云南地区烟叶独特的风格特色和香味物质构成可能与其光照中较高比例的紫外光辐射有关,而太阳光谱组成与烟叶品质关系方面的研究甚少。

浓香型烟叶在我国卷烟工业配方中占重要地位,其香气浓馥陈逸,特色鲜明,但目前关于浓香型烟叶风格特色形成的生态基础尚不清楚。本试验以浓香风格特色典型产区襄城县为例,拟利用不同颜色滤光膜模拟不同的太阳光谱微环境,探讨太阳光谱组成对浓香型烟叶部分品质指标的影响,旨在明确浓香型烟叶特色的形成机理。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2010年在河南省襄城县王洛镇进行。供试品种为K326,土壤为潮土,试验点地势平坦,肥力均匀,土壤有机质12.50 g/kg,速效氮47.90 m g/kg,速效磷21.46 m g/kg,速效钾141.33 m g/kg,pH7.4。5月11日移栽,施肥及田间管理措施按当地优质烟叶生产技术规范进行。

1.2 试验设计

采用田间对比试验,以透光率相近的不同颜色滤光膜形成不同的光质微环境,设置白色膜、红色膜、蓝色膜、黄色膜4个处理,以不覆盖薄膜作为大田对照。小区面积约150 m2,重复3次,随机区组排列。

具体操作方法为烟苗移栽后约55 d利用塑料大棚覆盖薄膜至采收结束,棚长30 m,宽5 m,高2.5 m,处理薄膜顶部为弓形,以保证大棚内空气流动,使温、湿度等条件保持一致。试验处理除覆盖薄膜颜色不同外,各小区所有栽培措施和环境调控措施均严格保持一致。

1.3 取样与分析方法

1.3.1 光谱组成的测定

选择晴朗天气上午11:00时左右,采用A vafield-1便携式地物光谱仪(荷兰、2048×14像素背照式CCD探测器,光谱测量范围200～1100 nm)测定各处理光谱的组成,每个处理薄膜随机选取5点,取平均值,比较自然光透过不同颜色滤光膜后光质的变化。分别计算199～1100 nm波长光的总辐射强度,紫光(390～455 nm)、青蓝光(455～492 nm)、绿光(492～577 nm)、黄光(577～597 nm)、橙色光(597～622 nm)、红光(622～760 nm)的辐射强度,并分析上述6个波段的光占总辐射强度的百分比。

1.3.2 烤后烟叶质量指标评价

在烟叶正常烘烤后,取各处理中部和上部代表性样品2 kg,分析外观质量[18]、常规化学成分(总植物碱、还原糖、钾、氯等)[19]和光合色素含量(叶黄素、类胡萝卜素)等[20]。

2 结果与分析

2.1 不同处理光谱组成分析

图1 不同处理太阳光谱组成

不同处理的光谱组成见图1。由图1可知,对照的辐射强度明显大于覆膜处理,4个覆膜处理膜下辐射强度大小依次为红>黄>蓝>白。将可见光部分的光谱组成分为紫、青蓝、绿、黄、橙、红6部分(波长由短到长),不同处理的6部分光谱能量及其占总辐射强度的比例见表1。由表1可知,紫光(390～455 nm)占总辐射强度的比例在对照、白膜、蓝膜三者间差异不大,均在9.5%左右,而红色和黄色膜下紫光占总辐射强度比例较小;青蓝光(455～492 nm)在不同处理间的变化规律与紫光一致;绿光(492～577 nm)占总辐射强度的比例以红膜处理明显较低,其他处理差别不大;黄光(577～597 nm)占总辐射强度的比例以红膜和蓝膜处理相对较低,其他处理差别不大;橙色光(597～622 nm)和红光(622～760 nm)占总辐射强度的比例以红膜较高,而蓝膜较低。

总之,覆膜可明显降低太阳光的辐射强度,白膜处理降低最多,其他处理随波长的增加(蓝、黄、红)降低幅度有减小趋势。各处理中,白膜降低了可见光中6种波长光所占的比例;红膜和黄膜相对降低了短波光比例,提高了长波光比例;蓝膜相对降低了长波光比例。

2.2 光谱组成对烟叶外观质量的影响

2.2.1 中部烟叶

由图2可知,各处理烤后中部烟叶多属桔黄色域,红膜处理个别烟叶属柠檬黄色域,对照和白膜处理部分烟叶颜色的纯正度和均匀度较差,蓝膜处理少量烟叶带青,但颜色相对均匀饱满;对照和白膜处理烟叶的成熟度相对较差,红膜处理相对较好;处理间烟叶的身份指标差别相对稍大,对照和蓝膜处理烟叶的身份相对适中;白膜处理烟叶的油润感相对较差,蓝色和黄色膜处理相对较好。

2.2.2 上部烟叶

从图3中可以看出,不同处理上部烟叶的颜色存在明显差异,黄色和红色膜处理烟叶的颜色相对偏深,约20%比例烟叶属深黄范畴,蓝色和白色膜处理烟叶颜色相对略浅,且有20%～30%比例烟叶属杂色范畴;蓝色膜处理烟叶的成熟度相对较好,叶片结构相对疏松,对照烟叶的成熟度较差;不同处理烟叶的身份指标整体差异不大;对照烟叶的油润感相对较强,白色膜处理相对较差。

综合两部位结果可以看出,白膜处理烟叶的外观质量相对较差,主要表现为颜色的纯正度较差,均匀度、饱和度等指标一般,这可能与其小环境内太阳光总辐射强度明显较低有关;蓝膜处理烟叶的外观质量相对稍好,颜色略浅,但纯正度较好,均匀饱满,成熟度和油分等指标相对较好。黄膜处理烟叶颜色比对照略深,尤其上部烟叶颜色相对较深,成熟度和油润感相对较好。

表1 不同处理6部分光谱能量及其占总辐射强度的比例

图2 不同处理烤后中部烟叶外观质量指标分析

图3 不同处理烤后上部烟叶外观质量指标分析

2.3 光谱组成对烟叶常规化学成分的影响

2.3.1 中部烟叶

从图4可以看出,红膜处理中部烟叶的总植物碱含量相对较高,对照相对较低,其他处理间差异不大;总氮含量处理间差异不大,红膜处理相对较低;糖含量以蓝膜处理相对较高,白膜处理相对较低。对照的淀粉含量明显高于其他处理,红色和白色膜处理的相对较低。协调性指标中,糖碱比以对照相对较高,红膜和白膜处理相对较低;对照的钾氯比明显低于其他处理,蓝膜和黄膜处理相对较高;不同处理的氮碱比和两糖比整体差异不大,红膜处理的氮碱比相对较低。

2.3.2 上部烟叶

从图5中可以看出,红膜处理上部烟叶的总植物碱含量明显较高,对照和白膜处理相对较低;糖含量以黄膜处理相对较高,蓝膜处理相对较低;对照处理的淀粉含量明显高于其他处理。协调性指标中,对照和白膜处理的糖碱比明显较高,蓝膜和红膜处理相对较低;钾氯比以蓝膜处理明显较高,对照相对较低;对照和蓝两糖比以对照相对较高,红膜处理相对较低。

综合两部位结果可以看出,覆膜可不同程度提高烤后烟叶的总植物碱含量和钾氯比值,降低淀粉含量,其中红膜对总植物碱和淀粉含量作用相对明显,蓝色和黄色膜对钾氯比值作用相对明显。

2.4 光谱组成对烟叶光合色素含量的影响

从图6～图7中可以看出,除白膜处理外,各处理均可不同程度降低烤后烟叶的叶黄素含量,其中红、黄、蓝色膜处理中部烟叶的叶黄素含量分别比对照下降46%,32%和48%,上部烟叶分别下降47%,49%和11%,白膜处理较对照略有升高,但上部烟叶差异不大。各处理烟叶的β-胡萝卜素含量变化存在一定差异,蓝色和白色膜处理有所上升,红色和黄色膜处理有所下降,其中蓝膜处理中部和上部烟叶的β-胡萝卜素含量比对照分别提高18%和40%。

图4 不同处理烤后中部烟叶常规化学成分及协调性指标

2.5 不同种类光谱比例与烟叶化学成分的关系

对不同种类光谱能量占总辐射强度的比例与中部烟叶化学成分进行相关分析(表2)表明,总植物碱和氮碱比分别与绿光比例呈显著和极显著的负相关和正相关,两糖比与紫光和青蓝光比例呈显著正相关;β-胡萝卜素分别与短波光(青蓝光)比例和长波光(红光)比例呈显著和极显著正相关和负相关。

上部烟叶分析结果显示(表3),总植物碱与绿光和青蓝光呈显著负相关,淀粉和糖碱比分别与黄光呈显著正相关,氮碱比分别与青蓝光和红光呈显著正相关和负相关;叶黄素与短波光(紫、青蓝)比例呈显著正相关,而β-胡萝卜素与长波光(橙光、红光)比例的负相关性分别达极显著和显著水平,类胡萝卜素总量分别与短波光(紫、青蓝)和长波光(红)呈显著正相关和负相关关系。

可见,与中部烟叶相比,上部烟叶与光谱比例达到显著或极显著相关的指标相对较多,说明上部烟叶化学成分受光质的影响相对较大。中部和上部烟叶化学成分与光谱组成的关系存在较好的一致性,总植物碱与短波光比例存在显著负相关性,说明光谱组成中短波光比例的提高可能降低烤后烟叶中的总植物碱含量并提高氮碱比值。色素是烤烟生长发育过程中吸收光能和进行光能转化的主要物质,其含量与光照强度和类型密切相关[21],从本试验结果来看,叶黄素、β-胡萝卜素与太阳光谱中短波光的比例存在显著正相关性,而与长波光比例存在显著或极显著负相关性,类胡萝卜素总量则与短波光比例存在显著或极显著正相关性。

图7 不同处理上部烟叶类胡萝卜素含量变化

表2 不同种类光谱比例与中部烟叶化学成分的关系

表3 不同种类光谱比例与上部烟叶化学成分的关系

3 结论与讨论

(1)覆盖不同颜色滤光膜对太阳光谱微环境产生一定影响,所有处理均相对降低太阳光的总辐射强度,白膜处理降低幅度最大;特定颜色薄膜能相对增加该种类或波长相近光能占可见光总辐射强度的比例。

(2)改变光质对烤后烟叶外观质量指标中的颜色(色域、纯正度、饱和度、均匀度等)影响较大,白膜处理烟叶颜色的纯正度和均匀度等指标相对较差,蓝膜处理烟叶的颜色略浅,但纯正度、均匀度和饱和度等指标较好,黄膜处理烟叶的颜色相对略深,红膜处理烟叶部位间表现不一致,尚待进一步研究。

(3)改变光质对烤后烟叶化学成分产生一定影响。在可见光范围内,长波光处理(红色膜)明显提高烤后烟叶的总植物碱含量并降低糖碱比值,这与戴冕等[22]的研究结果一致,与Tso等[15]关于红光相对于远红光可显著促进烟碱含量提高的结论相似。有报道认为[20],在紫外光照射时,烟叶中的烟碱易形成氧化烟碱、甲胺和烟酸,造成其含量相对减少,但可见光范围内长波光促进总植物碱含量相对增加的机理尚待进一步研究。短波光处理(蓝色膜)相对提高烤后烟叶的β-胡萝卜素含量,所有覆膜处理(白色例外)均明显降低烤后烟叶的叶黄素含量。

(4)总植物碱含量与短波光比例存在显著负相关性;类胡萝卜素类物质与短波光比例存在显著正相关性,而与长波光比例呈显著负相关。

本试验初步探讨了改变光质对烤后烟叶外观、化学成分的影响,不同部位烟叶的研究结果一致,有关光合色素的分析结果与前人的推断[16-17]基本一致,但由于试验仅为当年结果,尚需进一步试验验证,同时在光质与烟叶田间生长发育及烤后烟叶感官质量风格特色的关系方面有待进一步深入研究。

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